摘 要：通過一座典型96MW低風(fēng)速風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)分析,探討提高低風(fēng)速風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電能力的可行性,制定針對(duì)性開發(fā)方案,優(yōu)化機(jī)組排列方式提高經(jīng)濟(jì)效益,重視前期開發(fā)中主機(jī)選型及機(jī)組布置，提升風(fēng)資源較差風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)能利用率，深化微觀選址技術(shù)在低風(fēng)速風(fēng)電場(chǎng)中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：低風(fēng)速 尾流 風(fēng)電場(chǎng) 微觀選址 影響因素 利用小時(shí)數(shù)
前言
低風(fēng)電場(chǎng)的微觀選址技術(shù)主要通過建立風(fēng)場(chǎng)模型確定每臺(tái)風(fēng)機(jī)位置及風(fēng)場(chǎng)陣列的排布方式。在風(fēng)資源條件較差的地區(qū)，要求充分了解場(chǎng)區(qū)的地貌和風(fēng)況特征，選擇最為適合的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行逐臺(tái)移位比對(duì)，采取可行條件下增大葉輪和提高塔筒高度的物理方式，研究大葉片帶來的葉片柔性、葉尖高速等影響，保持風(fēng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)在低風(fēng)速狀態(tài)下具有高效輸出，同時(shí)注重風(fēng)機(jī)密度，盡量減少尾流影響等因素影響。本文重點(diǎn)調(diào)研實(shí)測(cè)投產(chǎn)風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，以法庫某風(fēng)電場(chǎng)為例,分析微觀選址技術(shù)在低風(fēng)速風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)用中的價(jià)值和意義，制定針對(duì)性技術(shù)方案，為后續(xù)項(xiàng)目開發(fā)增加經(jīng)濟(jì)效益。
1. 某96MW風(fēng)電場(chǎng)資源情況概述
某風(fēng)電場(chǎng)始建與2012年,容量96MW,分兩期項(xiàng)目建設(shè)，風(fēng)電場(chǎng)中心場(chǎng)址坐標(biāo)為東經(jīng)123°20'14",北緯42°19'55",場(chǎng)區(qū)面積約27.98km2，海拔在102m～178m之間。風(fēng)電場(chǎng)代表年測(cè)風(fēng)塔70m高年平均風(fēng)速為6.10m/s，風(fēng)功率密度為301W/m2，推算至80米輪轂高度處風(fēng)速為6.21m/s，風(fēng)功率密度為329W/m2,風(fēng)能主要集中于SSW和SW區(qū)間，占總風(fēng)能的48.5%。70m高度50年一遇最大風(fēng)速取35.4m/s，極大風(fēng)速取50.1m/s。65m高度Weibull特征參數(shù)：A=7.4 K=2.40。屬于二級(jí)風(fēng)電場(chǎng)。該項(xiàng)目一期采用80米塔筒，93米直徑葉片的某風(fēng)機(jī)廠家2000MW機(jī)型，綜合折減系數(shù)為31.9%，目前一期風(fēng)場(chǎng)已投產(chǎn)，年發(fā)電量約為12228萬kW˙h，等效利用小時(shí)數(shù)約為2548h;二期采用85米塔筒，104米直徑葉片的某風(fēng)機(jī)廠家2000MW機(jī)型，綜合折減系數(shù)為32.4%，二期項(xiàng)目工程建設(shè)正在吊裝期。
2. 低風(fēng)速風(fēng)電場(chǎng)微觀選址技術(shù)方案應(yīng)用及實(shí)例分析
在低風(fēng)速地區(qū)進(jìn)行的風(fēng)資源開發(fā)，應(yīng)特別注重風(fēng)能資源的利用情況，而低風(fēng)速需要更大的截取面積，轉(zhuǎn)換設(shè)備功率的增大也會(huì)增加風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)的成本，注重低風(fēng)速時(shí)段風(fēng)電場(chǎng)出力的變化和風(fēng)功率曲線與設(shè)計(jì)值的一致性。能否充分準(zhǔn)確評(píng)估機(jī)組的設(shè)計(jì)參數(shù)和風(fēng)資源情況對(duì)低風(fēng)速風(fēng)電場(chǎng)開發(fā)意義重大，影響低風(fēng)速風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電能力的主要因素主要有：1)風(fēng)能資源利用情況;2)風(fēng)機(jī)微觀機(jī)位是否能夠保證風(fēng)場(chǎng)處于低風(fēng)速長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行發(fā)電狀態(tài);3)風(fēng)電機(jī)組尾流影響;4)設(shè)備招標(biāo)機(jī)型;5)工程建設(shè)情況對(duì)于微觀選址機(jī)位的限制情況;6)前期測(cè)風(fēng)階段測(cè)風(fēng)塔對(duì)于整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)區(qū)域的代表性等。實(shí)際建設(shè)中風(fēng)電機(jī)組機(jī)位還應(yīng)考慮機(jī)組風(fēng)況、海拔、輪轂高度處的湍流強(qiáng)度、入流角、主風(fēng)向的、周圍障礙物、地表粗糙度尾流影響等因素。
圖1 該風(fēng)電場(chǎng)微觀選址風(fēng)機(jī)布置方案
以某風(fēng)場(chǎng)實(shí)際建設(shè)為例，該項(xiàng)目設(shè)計(jì)初期充分考慮微觀選址對(duì)風(fēng)電場(chǎng)產(chǎn)能影響的重要性，對(duì)風(fēng)資源情況分析、機(jī)組優(yōu)化設(shè)計(jì)、主機(jī)選型、建設(shè)限制條件等情況了解透徹，綜合工程整體工程建設(shè)選用同塔雙回集電線路，大大降低工程費(fèi)用。風(fēng)電場(chǎng)單一從尾流相互影響的因素分析，風(fēng)機(jī)平均尾流削減系數(shù)4.23%，系數(shù)較小，微觀選址技術(shù)的深入應(yīng)用，對(duì)風(fēng)機(jī)的布置的每一個(gè)點(diǎn)位反復(fù)推敲，選定后可建設(shè)范圍內(nèi)不斷微調(diào)，保證所選機(jī)組位置使整個(gè)風(fēng)場(chǎng)發(fā)電效益最佳，避免個(gè)別風(fēng)機(jī)設(shè)置在兩山中間，減少風(fēng)機(jī)布置在山腳下和山坡上，造成山頂、山脊的優(yōu)良資源處閑置。
表1 風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組發(fā)電情況分析表
該風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)布置方案均依照整體風(fēng)場(chǎng)發(fā)電能力最高情況下的單臺(tái)風(fēng)機(jī)最優(yōu)化，針對(duì)每一臺(tái)風(fēng)機(jī)的點(diǎn)位選取定制化方案，確保年平均風(fēng)速6.21m/s的風(fēng)電場(chǎng)一期投產(chǎn)后的年平均利用小時(shí)候?yàn)?548h，屬于法庫區(qū)域內(nèi)發(fā)電能力最高的風(fēng)電項(xiàng)目。若該項(xiàng)目二期投產(chǎn)，效益可觀，二期憑借一期投產(chǎn)的升壓站站和同塔雙回線路，降低工程造價(jià)，同時(shí)該項(xiàng)目二期主機(jī)塔筒高度和葉輪直徑都得到進(jìn)一步拓展，根據(jù)該區(qū)域的風(fēng)資源情況，增大葉片可以有效提高發(fā)電量。為保證長(zhǎng)期的高收益，不能只從本質(zhì)上改變個(gè)別海拔較低區(qū)域風(fēng)機(jī)產(chǎn)能低的狀態(tài)，未能達(dá)到新葉片重組后的功率曲線穩(wěn)定區(qū)間,實(shí)際設(shè)計(jì)中還應(yīng)采用低實(shí)度、高葉尖速比的設(shè)計(jì)方案，使用成熟翼型及主機(jī)型號(hào)還需配合風(fēng)機(jī)點(diǎn)位調(diào)整組合最優(yōu)方案，結(jié)合機(jī)位輪轂高度提升,增大風(fēng)能轉(zhuǎn)換能力,更好的滿足低海拔區(qū)域風(fēng)機(jī)功率最佳發(fā)電區(qū)間,提升項(xiàng)目盈利空間。
圖2 1期南部區(qū)域風(fēng)機(jī)資源利用圖
圖3 1期北部及2期風(fēng)場(chǎng)區(qū)域風(fēng)機(jī)資源利用圖
表2 1期風(fēng)電場(chǎng)歷年發(fā)電情況分析表
3. 加強(qiáng)低風(fēng)速風(fēng)電場(chǎng)開發(fā)的建議
微觀選址技術(shù)在低風(fēng)速風(fēng)電場(chǎng)開發(fā)的應(yīng)用可以有效降低工程造價(jià)，減少施工難度，有效提升整體收益能力。在低風(fēng)速風(fēng)電場(chǎng)工程開發(fā)過程中應(yīng)該注重輪轂高度、葉輪直徑、傳動(dòng)結(jié)構(gòu)、葉片材質(zhì)及主機(jī)類型等外在設(shè)備因素，更要注重微觀選址技術(shù)在低風(fēng)速開發(fā)中的深入應(yīng)用，充分考慮風(fēng)電場(chǎng)自然環(huán)境、地理限制因素、風(fēng)機(jī)尾流擾動(dòng)、湍流強(qiáng)度、負(fù)切變及風(fēng)機(jī)排列布置方式等，采用適用于本區(qū)域風(fēng)資源特征的先進(jìn)技術(shù)成熟機(jī)型，試算、調(diào)整發(fā)電能力低的風(fēng)機(jī)位置保證全風(fēng)場(chǎng)發(fā)電能力最佳，實(shí)時(shí)收集最新風(fēng)資源數(shù)據(jù)，為后續(xù)風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目建設(shè)提供精準(zhǔn)數(shù)據(jù)支持，后續(xù)風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)還應(yīng)充分綜合考慮已建項(xiàng)目全場(chǎng)尾流影響，避免造成投產(chǎn)項(xiàng)目發(fā)電能力降低。
結(jié)論
如何使低風(fēng)速資源區(qū)域具備較高的風(fēng)電開發(fā)價(jià)值，成為現(xiàn)今風(fēng)電市場(chǎng)的熱門主題，本文通過微觀選址技術(shù)在低風(fēng)速風(fēng)場(chǎng)中的實(shí)際應(yīng)用有效提升項(xiàng)目年利用小時(shí)數(shù)，大幅度提升發(fā)電量。通過投產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)收集，年平均風(fēng)速6.21m/s的風(fēng)電場(chǎng)年發(fā)電量12228萬kW˙h，等效利用小時(shí)數(shù)約為2548h，同時(shí)二期擴(kuò)建項(xiàng)目通過微觀選址技術(shù)深化采用更加優(yōu)異的布機(jī)方案和機(jī)組選型，充分證明深入應(yīng)用微觀選址技術(shù)對(duì)低風(fēng)速風(fēng)電場(chǎng)開發(fā)的價(jià)值，充分研究選址中存在的尾流問題及風(fēng)機(jī)排布分布，建設(shè)初期綜合造價(jià)和遠(yuǎn)期效益選取最優(yōu)方案，避免因選址、機(jī)型等因素造成的損失。成熟的微觀選址技術(shù)應(yīng)用促使低海拔、丘陵、平原地勢(shì)的風(fēng)資源區(qū)域涌入激烈的風(fēng)電開發(fā)市場(chǎng)。（《風(fēng)電技術(shù)》2018年第三期）
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原標(biāo)題:【技術(shù)交流】低風(fēng)速風(fēng)電場(chǎng)開發(fā)的技術(shù)支持及實(shí)際應(yīng)用
